Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
MATERI Sensor dan Tranduser
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
• Pada sistem pengendalian loop tertutup, terkadang bentuk energi dari sinyal keluaran plant tidak sama dengan bentuk energi dari sinyal masukan sehingga tidak dapat dibandingkan, oleh karena itu diperlukan sensor atau tranduser untuk mengubah bentuk energi sinyal keluaran menjadi sama dengan bentuk energi sinyal masukan acuan. • Pada bagian ini akan dijelaskan tentang sensor dan tranduser termasuk fungsinya dalam sistem pengendalian dan klasifikasi tranduser dan sensor berdasarkan bentuk energi sinyal terukur.
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Sensor dan Tranduser
Spesifikasi Teknis • Menyatakan seberapa baik korelasi antara masukan dan keluaran tranduser atau sensor • Spesifikasi teknis terdiri dari : 1. Akurasi 2. Sensitifitas 3. Resolusi 4. Hysterisis 5. Repeatability
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Fungsi • Tranduser mentransformasikan suatu sinyal dari bentuk energi yang satu menjadi bentuk energi yang lain atau dari besaran fisik yang satu menjadi besaran fisik yang lain. • Keluaran tranduser : sinyal listrik (arus, tegangan, resistansi, kapasitansi atau frekuensi) • Pada dasarnya sensor juga merupakan tranduser. Yang membedakan antara sensor dengan tranduser adalah aplikasi dan penggunaannya. R(s)
+
E(s)
Kontroler
Aktuator
C*(s)
Sensor / Tranduser
Plant
C(s)
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Respon Sensor dan Tranduser • Bisa berupa sistem orde pertama atau orde kedua. • Pada umumnya tranduser atau sensor merupakan sistem orde pertama, maka :
C * ( s) K C s τt s 1 C*(s) dan C(s) : masukan dan keluaran tranduser , K : Gain dan t : konstanta waktu tranduser atau sensor
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Respon Sensor dan Tranduser • Jika konstanta waktu tranduser lebih cepat daripada konstanta waktu plant (t << ) maka konstanta waktu tranduser bisa diabaikan. • Sehingga : *
C ( s) K C s
Contoh : tachogenerator (tranduser kecepatan)
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Spesifikasi Teknis • •
Menyatakan seberapa baik korelasi antara masukan dan keluaran tranduser atau sensor Performansi sebuah sensor ditentukan oleh karakteristik statis dan dinamik
Karakteristik Statis •
Karakteristik Statis terdiri dari : 1. Akurasi 2. Sensitivitas 3. Resolusi 4. Hysterisis 5. Repeatability 6. Linieritas
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Karakteristik Dinamik •
Menyatakan seberapa cepat perubahan keluaran yang terjadi terhadap perubahan masukan
•
Spesifikasi dinamik terdiri dari : 1. Rise time 2. Time konstan 3. Dead time 4. Respon frekuensi 5. Parameter orde kedua : rasio peredaman, frekuensi natural, settling time, dan maksimum overshoot.
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Klasifikasi Berdasarkan bentuk energi/besaran sinyal masukan, tranduser sensor dalam sistem pengendalian umumnya dapat diklasifikasikan menjadi : 1. Tranduser atau sensor mekanik • sensor perpindahan, lokasi atau posisi, sensor level, dan sensor gerakan • banyak digunakan pada sistem servomekanik 2. Tranduser atau sensor temperatur • banyak digunakan pada sistem pengendalian proses.
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 1. Potensiometer linier • mengubah gerakan linier ke dalam suatu resistansi variabel yang bisa diubah langsung ke sinyal tegangan dan/atau arus.
R1
Rt
V out
V in
Vout
R1 . Vin RT
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 2. Potensiometer rotary • mengubah gerakan anguler ke dalam suatu resistansi variabel yang bisa diubah langsung ke sinyal tegangan dan/atau arus.
0
Vout
Vout
V in
θ 360
0
. Vin
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 2. Potensiometer rotary Penggunaan potensiometer rotary pada sistem pengendalian posisi motor DC Motor DC
+ + ea Amplifier DC e _ _
θr
M
Input referensi
Beban
+ E _
θl
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 2. Potensiometer rotary Penggunaan potensiometer rotary pada sistem pengendalian posisi motor AC 2 Fase + + e Amplifier DC ea _ _
θr
Input referensi
Motor AC 2 phase
Beban
+ V(t) _
θl
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 3. Sensor Kapasitif Mengubah perubahan kapasitansi menjadi sinyal arus atau tegangan. A
Kap asita nsi C
Kap asita nsi C d
A C K ε0 d
K : konstanta dielekrik, 0 : permitivitas = 8,85 pF/m, A : luas penampang plat, d : adalah jarak antar-plat
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Perpindahan 4. Sensor Induktif • Jika sebuah inti (core) permeable dimasukkan ke dalam suatu induktor, maka induktansi terkait akan naik. • Tiap posisi baru dari inti menghasilkan induktansi yang berbeda • Gabungan antara induktor dan movable core tersebut dapat digunakan sebagai sensor perpindahan. • Dikenal sebagai sensor Linear Variable Differential Transformer (LVDT)
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Level 1. Pelampung • Pelampung ini dihubungkan oleh linkage (penghubung) ke sistem pengukuran perpindahan sekunder seperti potensiometer
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Level 2. Ultrasonik • Ada 2 teknik untuk mengukur level dengan menggunakan refleksi ultrasonik, yaitu : teknik eksternal : untuk solid/liquid material teknik internal : untuk liquid material
eksternal
internal
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Kecepatan 1. Tachometer • Tranduser yang digunakan untuk mengubah sinyal kecepatan menjadi sinyal tegangan. • Penggunaan tachometer pada sistem pengendalian kecepa tan motor DC Motor DC
er +
e _
Kontroler
+ e Amplifier DC a _
M
θ et
T
Tachometer
Beban
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 1. Bimetal • Sensor yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi energi mekanik. • Terdiri dari dua metal berbeda dengan koefisien ekspansi termal berbeda yang dilekatkan menjadi satu.
• Koefisien ekspansi termal yang tidak sama pada kedua metal akan mengakibatkan keping bimetal melengkung.
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 1. Bimetal • Contoh Rangkaian Mekanik Bimetal Mercury
Glass Bulb
Switch Connection Ba se
Bim etal Strip
SetPoint
Switch off Switch on Base
Base Temperature Rendah
Temperature Tinggi
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 2. Resistance Temperature Detector (RTD) • Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi nilai resistansi pada suatu logam. • Hubungan antara temperatur dan resistansi : R (T) = R (To) [1+α1 ΔT+ α2 (ΔT)²] Jika T << , maka : R (T) = R (To) [1+αoΔT] positive temperature coefficient (PTC)
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Contoh Sensor Temperatur 2. Resistance Temperature Detector (RTD) • Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu RTD R0: tahanan pada suhu 0oC
Assessment
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 3. Thermistor • Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi nilai resistansi pada suatu semikonduktor. • Hubungan antara temperatur dan resistansi :
RT RT0
1 1 β T T0 e
negative temperature coefficient (NTC)
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Contoh Sensor Temperatur 3. Thermistor • Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu Thermistor
Ringkasan
Latihan
Assessment
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 4. Termokopel • Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi emf
• Persamaan Termokopel
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
Contoh Sensor Temperatur 4. Termokopel Tipe
Material
Range normal
J
Iron-constantan
-190oC s/d 760oC
T
Copper-constantan
-200oC s/d 371oC
K
Chromel-alumel
-190oC s/d 1260oC
E
Chromel-constantan
-100oC s/d 1260oC
S
90% Platinum + 10% rhodium-platinum
0oC s/d 1482oC
R
87% platinum + 13% rhodium-platinum
0oC s/d 1482oC
Pengantar
Materi
Contoh Soal
Ringkasan
Latihan
Assessment
1. Pada sistem pengendalian, sensor atau tranduser mengubah bentuk energi sinyal keluaran dari plant menjadi sama dengan bentuk energi sinyal masukan acuan. 2. Sensor mekanik banyak digunakan pada sistem servomekanik dan sensor temperatur banyak digunakan pada sistem pengendalian proses.
Sekian dan Terimakasih
